Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Институт Физики Вакуума - Эксперимент

Смелов М.В.
Экспериментальное исследование сверхсветовой скорости распространения заузленных электромагнитных волн в вакууме

Oб авторе


ВВЕДЕНИЕ

В данной статье приводятся результаты экспериментального исследования сверхсветовой скорости распространения заузленных электромагнитных волн в вакууме.

Вывод о том, что сверхсветовые сигналы не могут существовать в природе, был сделан Эйнштейном в СТО на основании кинематики.

Проблема причинно-следственной связи между двумя событиями в СТО является, однако, проблемой учёта сложнейшей динамики взаимодействия трёх сущностей: электромагнитного поля как формы деформации вакуума, не точечных электронов в излучателе и приёмнике поля и физического вакуума (не пустоты) в качестве носителя поля и электронов, и поэтому не может быть решена в принципе на основе чисто кинематических соображений. В связи с этим, без знания всего множества существующих взаимодействий полей в многомерном физическом вакууме ("пустоте" по Эйнштейну) вывод о невозможности сверхсветовых сигналов является следствием гипотезы постоянства скорости света.

Экспериментальное исследование этой проблемы было односторонним и направленным в основном на доказательство постоянства скорости света по двум главным причинам.

1. Существование сверхсветовых сигналов противоречило принципу причинно-следственной связей в 4-х мерном пространстве-времени.

2. Уравнения для 4-потенциалов, являясь релятивистски-инвариантными, в принципе не позволяют обнаружить сверхсветовые сигналы, если
- использовать калибровку Лоренца,
- считать электрические заряды точечными,
- проводить расчеты на основе стандартной теории возмущений,
когда вклады в 4-потенциал от сверхсветовых возбуждений полностью взаимно компенсируются в любом порядке теории возмущений, так что исчезают какие-либо экспериментальные и теоретические следы присутствия сверхсветовых сигналов.

Существование этих причин объясняется простыми нижеследующими факторами.

Известно, что волновое уравнение Максвелла и их группа инвариантности Лоренца с множителем преобразования √(1-V2/C2) содержат именно константу C2 связанную лишь с модулем вектора скорости света C (а вектор определяется тремя компонентами). Кроме того, в этом множителе преобразования содержится ещё константа связанная лишь с модулем V2 вектора скорости подвижной системы отсчёта V. Дополнительно, в множителе преобразования стоит отношение этих модулей, то есть при пропорциональном изменении модуля C2 относительно модуля V2, что именно и происходит в движущихся системах отсчёта, измеряемые физические величины не меняются, а все наблюдаемые изменения кажутся обусловленными способами измерения.

В соответствии с теоремой неполноты Гёделя в любой непротиворечивой теории существуют утверждения, которые нельзя ни доказать, ни опровергнуть в рамках этой теории.

Поэтому и в рамках релятивистски-инвариантной электродинамики принципиально не возможно ни доказать, ни опровергнуть факт постоянства именно вектора скорости света C или превышения её (типа эксперимента Майкельсона-Морли или логически строгого мыслительного эксперимента Эйнштейна). Другими словами нельзя не доказать и не опровергнуть этот факт ни теоретически, ни экспериментально в любых мыслительных или технических экспериментах с противонаправленными лучами, однонаправленными лучами или ортогональными лучами электромагнитной природы, имеющими группу симметрии Лоренца.


ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Целью эксперимента было определение скорости распространения заузленной ЭМВ с другим (не лоренцевым типом симметрии) путём измерения группового времени запаздывания (ГВЗ) этой волны.

Заузленная в форме многолистника электромагнитная волна (ЭМВ) является новым не тривиальным топологическим решением уравнений Максвелла в физическом вакууме [1, 2]. Эта ЭМВ создается в передающей и приёмной заузленной антенне [3].

Наглядная интерпретация новых решений в виде заузленной ЭМВ состоит в том, что силовые линии электрической и магнитной компоненты электромагнитного поля образуют торический узел в частности в виде трилистника. В свою очередь электрическая силовая линия поля на торе в виде трилистника технологически совмещается с линией электрического тока сверхвысокой частоты в металлическим проводнике в форме трилистника антенны на резонансной частоте одной петли трилистника.

Принципиальная блок-схема экспериментального стенда показана на рис. 1.


 

Рис. 1 Блок-схема измерительного стенда

На блок-схеме цифрами 1 и 2 помечены передающая антенна и приёмная антенна в форме трилистника, соответственно. Расстояние между антеннами устанавливалось кратное двум, начиная от дистанции связи равной длине волны 55 мм до семи длин волн 385 мм.

Для измерения использовался векторный анализатор цепей E8362B (Agilent Technologies) с погрешностью измерения ГВЗ равный 1 пикосекунде.

Антенны размещаются в экранированном подземном помещении на глубине 10 м в безэховой камере габаритом 1,5 х 1,5 х 3 м3 с подавлением внешних и отражённых сигналов не менее 100 дБ в полосе частот 1 ГГц ÷10 ГГц. Фото размещения трилистниковых антенн на стенде вблизи поглотителей приведено на рис. 2, где показано расположение антенн на минимальном расстояние L равном длине волны λ=55 мм. На рис. 3 показано расположение антенн на максимальном расстояние равном L=495 мм.



Рис. 2 Фото трилистниковых антенн на дистанции связи равной длине волны 55 мм


Рис. 3 Фото трилистниковых антенн на дистанции связи равной 9 длин волн 495 мм


МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

Сначала проводится калибровка измерительной схемы с помощью коаксиального кабеля фиксированной длины 495мм, который вставляется между разъёмами передающего канала (порта 1) и приёмного канала (порта 2) векторного анализатор цепей на рис. 1. Вид установленного калибрующего кабеля приведён на фото на рис. 4.


Рис. 4 Фото схемы калибровки с калибрующим кабелем

Суммарная длина передающего кабеля, калибрующего кабеля и приёмного кабеля равна 2 метрам. Следовательно, при групповой скорости электромагнитной волны ~300000 км/сек, ГВЗ равна ~ 6600 пс (величина времени запаздывания = - 660 пс). Эта величина измерена и схемой электронной компенсации внутри векторного анализатор цепей приведена к приборному нулю в диапазоне частот 5 ГГц÷6 ГГц. На рис. 5 показана калибрующая кривая, которая определяет начальный отсчётный уровень задержки. Следует отметить, что максимуму амплитуды продольной заузленной электромагнитной волны соответствует частота 5,53 ГГц. которая показана на графике на рис. 6 на маркере "1" при расстоянии L между передающей и приёмной антенной равном длине волны L=λ=55 мм около ближних зон антенн, где ГВЗ=93,215 пс. Именно в этом максимуме сигнала проводятся все последующие измерения ГВЗ.

 

Рис. 5 График калибровки кабелем длиной 495 мм.

 

Рис. 6 График ГВЗ сигнала антенн на дистанции связи равной длине волны 55 мм. Маркер "1" на максимуме продольной заузленной ЭМВ


На рисунках приведённых ниже показаны графики ГВЗ со сглаживанием результатов. График для дистанции связи L=2λ=110 мм приведён на рис. 7.


Рис. 7 Дистанция связи L=2λ=110 мм

На этом графике видно, что ГВЗ=69,89 пс на маркере "1", это значение задержки при большей дистанции связи меньше, чем при меньшей дистанции связи на рис. 6 (где ГВЗ=93,215 пс). На рис. 8 показан график ГВЗ для дистанции связи увеличенной на одну длину волны, т.е. до значения L=3λ=165 мм, и маркером "1" помечена уменьшенная величина ГВЗ=23,954 пс. На рис. 9 показан график ГВЗ для увеличенной дистанции ещё на длину волну до L=4λ=220 мм, где начинают проявляются колебания задержки и её величина ГВЗ= −-7,1534 пс на маркере "1". Для следующей дистанции связи увеличенной ещё на одну длину волны до L=5λ=275 мм сглаживание увеличено до 19,4 %, как показано на рис. 10, где ГВЗ= −3,04 пс. На рис. 11 показан график ГВЗ для увеличенной дистанции связи ещё на длину волны до L=6λ=330 мм величина задержки на маркере "1" равна ГВЗ =−2,91 пс. На рис. 12 показан график ГВЗ для увеличенной дистанции связи ещё на длину волны до L=7λ=385 мм величина задержки на маркере "1" равна ГВЗ =−1,86 пс.


Рис. 8 Дистанция связи L=3λ=165 мм


Рис. 9 Дистанция связи L=4λ=220 мм


Рис. 10 Дистанция связи L=5λ=275 мм


Рис. 11 Дистанция связи L=6λ=330 мм


Рис. 12 Дистанция связи L=7λ=385 мм

Из рисунков 9÷12 видно, что в волновой зоне Фраунгофера суммарное ГВЗ стремится асимптотически к нулю в пределах суммарной инструментальной и методической погрешности измерения не более ± 2 пс. Следует напомнить, что ГВЗ поперечной ЭМВ в калибрующем кабеле длиной 2м равно 6600 пс.

На рис. 13 для сравнения приводится график ГВЗ без аппаратурного сглаживания.

Для контроля, проводилось измерение ГВЗ на тех же дистанциях связи при установке антенн типа классического полуволнового вибратора по схеме рис. 1, излучающих обычную поперечную ЭМВ. Измерено, что ГВЗ этой ЭМВ возрастает линейно, например на дистанции связи равной длине волны 55 мм усреднённое ГВЗ≈18 пс, на дистанции связи равной семи длинам волн 385 мм ГВЗ≈126 пс.

График изменения ГВЗ с увеличением дистанции связи приведён на рис. 14, где сплошной линией показан график ГВЗ заузленной ЭМВ, а пунктирной линией показан график ГВЗ поперечной волны.


Рис. 13 Дистанция связи L=480 мм, без сглаживания графика ГВЗ


Рис. 14 График ГВЗ заузленной ЭМВ (сплошная линия). График ГВЗ (запаздывания) поперечной ЭМВ (пунктирная линия)


ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Без сглаживания графиков наблюдалась сильная колебательность ГВЗ как показано на рис. 13 для дистанции связи L-480 мм, обусловленная циклическим изменением направления вектора Пойтинга на противоположное каждые полволны заузленной электромагнитной волны.

Уравнения Максвелла естественным образом становятся кусочно-линейными (локально на полупериодах), но глобально по пространству-времени нелинейными. Соответствующее циклическое изменение ГВЗ на половине длине волны 27,5 мм равно ГВЗ≈ ±9 пс. В обычной поперечной волне вектор Пойтинга не меняется по направлению. Изменение вектора Пойтинга по направлению соответствует образованию локально расходящейся волны (направленной по волновому вектору) в одном полупериоде и образованию сходящейся волны в другом полупериоде заузленной ЭМВ. Соответственно в каждом полупериоде меняется знак ГВЗ от (-) запаздывания до (+) упреждения, поэтому в сумме за много периодов волн суммарное ГВЗ асимптотически стремится к нулю, т.е. теоретически волна в волновой зоне на бесконечности стремится распространятся мгновенно подобно инстантону. Конкретно в данном эксперименте при точности измерения 2 пс определено превышение скорости свете не менее, чем в 1000 раз. Данный эффект объясняется следующим образом. Найденной новой группе Артини симметрии косы (не группе Лоренца), соответствует новый тип крутильных (но не вращательных) волновых деформаций силовых линий электрической и магнитной компоненты заузленной электромагнитной волны. Другими словами технически создаётся принципиально новая степень свободы у поля (ось делителей нуля в комплексных гиперболических числах алгебры симметрии гиперболического пространства электромагнитного поля), эквивалентная физическому расслоению 4-х мерного пространства-времени до 10-мерного пространства (6 пространственных измерений и 4 временных измерения), в котором и происходит движение заузленного поля. В эксперименте наблюдается лишь проекция этого движения на 4-х мерное пространство-время, в котором функционируют антенны и регистрируются сигналы. При этом крутильные деформации (кручение) этих линий вокруг и вдоль косы, т. е вдоль волнового вектора, описываются продольной заузленной компонентой электромагнитной волны, поперечная компонента меньшей напряжённости этой же заузленной ЭМВ распространяется перпендикулярно оси косы. Фронт волны представляет собой геликоидальную поверхность, т.е. трёхзаходную винтовую поверхность шнека в случае использования трилистниковой антенны в данном эксперименте, характерную для кручёных электромагнитных волн [5, 6].

Важно отметить, что антисимметричная часть тензора энергии-импульса кручения этой заузленной ЭМВ отрицательна и не уничтожается стандартной релятивистки инвариантной процедурой калибровки Ландау (эквивалентной калибровке Лоренца для четырёхмерных вектор-потенциалов). Эта антисимметричная часть описывает формально нелокальные продольные фотоны, а движение этих фотонов не ограничивается скоростью света даже в стандартной квантовой релятивисткой электродинамике. Следует напомнить, как описано в [3], что в волновой зоне измеренный темп затухания продольной компоненты заузленной ЭМВ уменьшается с увеличением расстоянием от источника, т.е. плотность энергии в косе увеличивается (но полная энергия конечна), коса сжимается, т.е. при суммарном нулевом запаздывании эта коса превращается на бесконечности в струну.

Если погрешности измерения будет порядка 1 фс, то можно обнаружить превышение скорости света в 106 раз. Однако в рамках существующих современных теорий "космических струн" [4] можно ожидать превышение скорости света в 109 ÷ 1010 раз, т. е. распространение сигнала будет происходить практически мгновенно.


Литература.

1. A.F. Ranada and J.L. Trueba. Two properties of the electromagnetic knots. Physics Letters A 232, 25-32, 1997.

2. M.Z. Rached and E. Recami. A set of new localized Superluminal solutions to the Maxwell equations. Annales de la Fondation Louis de Brogle.Volume 27 no 2, 2002.

3. Смелов М.В. Экспериментальное исследование возбуждения и распространения заузленных электромагнитных волн в различных средах. М.: Радиотехника, № 2, 2014. С. 31.

4. S.V. Krasnikov. Gravitation string. Do we see one? Grav. Cosmol. 15: 62-64, 2009.

5. Физики впервые передали информацию по скрученной радиоволне. Fabrizio Tamburini. Университет Падуи (Universitа degli Studi diPadova), лаборатория Ангстрема (Еngstrцmlaboratoriet)

6. Кривой луч зажигает плазму и большие надежды. .Леонид Попов, 10 апреля 2009


Смелов М.В., Экспериментальное исследование сверхсветовой скорости распространения заузленных электромагнитных волн в вакууме // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.19573, 20.09.2014

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru